Lƣợng tinh dầu sau khi chƣng cất và làm khan nhƣ trên đƣợc đem xác định các chỉ số lý-hóa nhƣ sau:
- Xác định tỷ trọng ở 200
C (d20): phƣơng pháp khối lƣợng, dùng bình đo tỷ trọng (Phụ lục 2)
- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) : phƣơng pháp chuẩn độ (Phụ lục 2)
2.2.6.3. Định danh các cấu tử có trong tinh dầu vỏ bưởi
Phát hiện sự có mặt của các cấu tử có trong tinh dầu vỏ bƣởi tại Trung tâm Phân tích và Phân loại hàng hoá xuất khẩu nhập khẩu Miền Trung (số 10 Ngô Quyền, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng) trên thiết bị sắc ký khí – ghép khối phổ 2 lần (GC/MS/MS), trong đó: thiết bị GC model G3440A (Agilent Technologies, USA), detector MS model Quattro microTMGC (Waters, USA).
Điều kiện chạy sắc ký:
- Cột phân tích: HP5-MS (30m x 0,25mm x 0,25µm) của Agilent (USA). - Khí mang: He 99,99% ; Tốc độ dòng: 0,6 ml/phút
- Detector khối phổ MS/MS: phân tích bằng kỹ thuật EI (Phụ lục 7) - Nhiệt độ detector và buồng tiêm mẫu: 2500C.
- Pha loãng mẫu 3-5% trong n-hexan. Chia dòng 100:1. - Chƣơng trình nhiệt độ:
Nhiệt độ đầu là 400C; tăng đến 2000
C (30C/phút); giữ trong 2 phút; tăng đến 2500C (30C/phút); tăng đến 3000C (200C/phút) và giữ trong 10 phút.
Hình 2.6. Chƣơng trình nhiệt độ khi phân tích tinh dầu vỏ bƣởi bằng phƣơng pháp GC/MS/MS
- Việc định danh các thành phần trong tinh dầu đƣợc thực hiện bằng cách dùng phần mềm cài đặt sẵn trên máy để so sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách ra trên sắc ký đồ với các phổ chuẩn có trong thƣ viện phổ của NIST2 và của hãng WATERS.
- Mức độ phù hợp giữa chất có trong mẫu nghiên cứu và chất đề nghị đƣợc tính bằng đại lƣợng độ tương thích. Độ tƣơng thích càng cao thì kết quả định danh càng chính xác. Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống với phổ khối
2 NIST (viết tắt của cụm từ “The National Institute of Standards and Technology”): Viện Tiêu chuẩn và Công
nghệ Quốc gia Hoa Kỳ
40oC 200oC-2phút 250oC 300oC-10 phút 3oC/phút 3oC/phút 20oC/phút
của một chất chuẩn trong thƣ viện thì độ tƣơng thích là đƣợc biểu thị là 1.000. Độ tƣơng thích đạt trên 800 đƣợc xem là cho kết quả có độ tin cậy cao.
2.2.7. Xử lý số liệu
Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định song song. Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel 2003.
Vẽ đồ thị hai chiều bằng phần mềm Excel 2003 và đồ thị ba chiều bằng phần mềm Maple 7.0
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xác định thành phần khối lƣợng của quả bƣởi Năm Roi
Kết quả xác định thành phần khối lƣợng của quả bƣởi Năm Roi đƣợc trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần khối lƣợng của quả bƣởi Năm Roi
Mẫu
Vỏ
(phần chứa tinh dầu)
Ruột
(phần múi bưởi) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cùi
(phần cùi bưởi màu trắng)
Khối lƣợng (kg) Tỷ lệ (%) Khối lƣợng (kg) Tỷ lệ (%) Khối lƣợng (kg) Tỷ lệ (%) 1 0,24 20,00 0,68 56,67 0,28 23,33 2 0,18 18,00 0,58 58,00 0,24 24,00 3 0,20 16,67 0,67 55,83 0,33 27,50 Trung bình - 18,22 - 56,83 - 24,95
Kết quả trên cho thấy :
- Phần ăn đƣợc trong quả bƣởi Năm Roi chiếm khoảng 56,83% trọng lƣợng tƣơi của quả. Đây cũng là thành phần có ích nhất, đƣợc dùng để ăn tƣơi hay chế biến thành các dạng sản phẩm khác nhau.
- Phần còn lại có thể đƣợc xem là phần bỏ đi trong quá trình chế biến nƣớc ép bƣởi chiếm tới khoảng 43,17% trọng lƣợng quả. Nếu phần vỏ này bị thải bỏ trong dây chuyền chế biến sản phẩm nƣớc ép từ bƣởi thì sẽ sinh ra một lƣợng phế liệu rất lớn, gây ô nhiễm môi trƣờng. Do vậy, việc tận dụng nguồn phế liệu này để chiết xuất tinh dầu là điều có ý nghĩa thực tiễn và giúp nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất nƣớc ép bƣởi. Ngoài việc sử dụng phần cùi bƣởi màu trắng để chiết pectin, chúng ta còn có thể tận dụng lớp vỏ ngoài màu xanh của quả bƣởi (flavedo) để thu tinh dầu.
Nhƣ vậy, có thể nói tất cả thành phần của quả bƣởi Năm Roi đều có thể dùng để chế biến thành những sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, để thực hiện
đƣợc điều này thì song song với việc xây dựng các cơ sở chế biến nƣớc ép quả từ quả bƣởi Năm Roi, cần đầu tƣ bổ sung các phân xƣởng chiết tách tinh dầu và pectin từ phế liệu vỏ bƣởi để có thể sử dụng một cách hiệu quả nguồn nguyên liệu tự nhiên trong nƣớc rất có giá trị này, tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất.
3.2. Kết quả xác định tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu thích hợp
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Khi thay đổi tỷ lệ nƣớc cho vào nguyên liệu đem chƣng cất thì thể tích tinh dầu thu đƣợc cũng thay đổi theo (bảng 3.2 và hình 3.1).
Bảng 3.2. Thể tích tinh dầu thu đƣợc ở các tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu khác
nhau Tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu (v/w) 2,0/1 2,5/1 3,0/1 3,5/1 4,0/1 Thể tích tinh dầu (ml) 1,30 1,33 1,41 1,37 1,25 1.30 1.25 1.37 1.41 1.33 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 2.0/1 2.5/1 3.0/1 3.5/1 4.0/1 Tỷ lệ nước/nguyên liệu (v/w) V ( m l) t inh dầ u
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu đến lƣợng tinh dầu chƣng cất
Dựa vào kết quả trình bày ở bảng 3.2 và hình 3.1 ta thấy:
Khi tăng tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu từ 2/1 đến 3/1 (v/w) thì lƣợng tinh dầu tách chiết đƣợc cũng tăng theo. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng tỷ lệ này lên thì lƣợng tinh
dầu thu đƣợc lại giảm đi. Điều này có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: Khi gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu và nƣớc thì nƣớc sẽ thẩm thấu qua màng tế bào, thâm nhập vào bên trong các tế bào tiết tinh dầu làm chúng trƣơng phồng lên rồi bị phá vỡ. Các cấu tử trong hỗn hợp tinh dầu có trong tế bào tiết sẽ đƣợc khuếch tán ra ngoài rồi bị lôi cuốn theo hơi nƣớc. Nếu sử dụng tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu thấp thì lƣợng nƣớc ngấm vào tế bào không đủ để hòa tan các chất keo của màng tế bào, do đó làm giảm tốc độ thẩm thấu của hơi nƣớc vào bên trong tế bào và tốc độ khuếch tán tinh dầu ra ngoài. Hơn nữa, tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu quá thấp sẽ không tạo ra sự trƣơng nở và áp lực cần thiết để phá vỡ hoàn toàn các túi tinh dầu cũng nhƣ không tạo đủ lƣợng hơi nƣớc cần thiết để lôi cuốn tinh dầu ra khỏi hỗn hợp. Do vậy trong trƣờng hợp này, lƣợng tinh dầu chƣng cất đƣợc sẽ ít. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ nƣớc quá nhiều (> 3,0/1 v/w) thì những cấu tử tinh dầu có tính phân cực khá cao (aldehyt, xeton, este,…) sẽ tan nhiều vào nƣớc, do vậy lƣợng tinh dầu thu đƣợc trong ống ngƣng tụ cũng sẽ giảm đi. Nhƣ vậy, tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu thích hợp là 3/1 (v/w).
3.3. Kết quả xác định nồng độ NaCl thích hợp
Từ kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày ở bảng 3.3 và hình 3.2 có thể nhận thấy rằng: thể tích tinh dầu thu đƣợc phụ thuộc vào nồng độ NaCl trong dịch ngâm nguyên liệu trƣớc tiến hành chƣng cất.
Bảng 3.3. Thể tích tinh dầu thu đƣợc khi ngâm ở các nồng độ NaCl khác
nhau
Nồng độ NaCl(%, w/v) 0 5 10 15 20
1.30 1.40 1.33 1.37 1.43 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 0% 5% 10% 15% 20% Nồng độ NaCl (%, w/v) V (m l) ti n h d ầ u
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ NaCl đến lƣợng tinh dầu chƣng cất
So với mẫu không ngâm NaCl, tất cả các mẫu đƣợc ngâm muối trƣớc khi chƣng cất (nồng độ NaCl thay đổi từ 5 20% w/v) đều cho lƣợng tinh dầu thu hồi cao hơn đáng kể. Nhƣ vậy, rõ ràng việc thêm muối ăn vào dịch ngâm có tác dụng làm tăng hiệu suất thu hồi tinh dầu.
Một điều đáng lƣu ý nữa là việc tăng hiệu suất tách tinh dầu không đồng biến với nồng độ NaCl. Khi tăng nồng độ muối từ 0% - 10% (w/v) thì lƣợng tinh dầu chƣng cất tăng theo. Nhƣng nếu nồng độ NaCl vƣợt quá 10% thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc lại giảm đi.
Tất cả những điều trên có thể đƣợc lý giải nhƣ sau:
- Lƣợng NaCl thêm vào dịch ngâm nguyên liệu không chỉ có tác dụng giúp tăng khả năng thẩm thấu của nƣớc bên trong tế bào ra ngoài (kéo theo các cấu tử tinh dầu) mà còn làm tăng độ phân cực của dung dịch và giảm tƣơng tác giữa các cấu tử tinh dầu (kém phân cực) với nƣớc. Nhờ đó, tinh dầu dễ dàng bay hơi hơn trong quá trình chƣng cất.
- Tuy nhiên, nếu ngâm nguyên liệu ở nồng độ NaCl quá cao (15%-20% w/v) thì màng tế bào của nguyên liệu sẽ bị co rút lại làm giảm kích thƣớc các lỗ xốp trên màng tế bào (hiện tƣợng co nguyên sinh), do đó quá trình khuếch tán các phân tử
tinh dầu ra khỏi tế bào sẽ trở nên khó khăn hơn, từ đó làm giảm hiệu suất thu hồi tinh dầu. Nhƣ vậy, nồng độ NaCl trong dịch ngâm đƣợc cố định là 10% (w/v).
3.4. Kết quả xác định thời gian ngâm muối NaCl thích hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thời gian ngâm muối trƣớc khi chƣng cất cũng là một trong các yếu tố ảnh hƣởng đến lƣợng tinh dầu thu đƣợc.
Bảng 3.4. Thể tích tinh dầu thu đƣợc ở các thời gian ngâm NaCl khác
nhau
Thời gian ngâm NaCl (h) 1 2 3 4 5
Thể tích tinh dầu(ml) 1,25 1,40 1,50 1,35 1,20 1.40 1.50 1.20 1.35 1.25 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1 2 3 4 5
Thời gian ngâm NaCl (h)
V ( m l) t inh dầ u
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian ngâm NaCl đến lƣợng tinh dầu
chƣng cất
Thực vậy, từ kết quả trình bày ở bảng 3.4 và hình 3.3 ta thấy:
Khi tăng thời gian ngâm muối từ 1h-3h thì lƣợng tinh dầu chƣng cất tăng dần, nhƣng nếu tiếp tục tăng thời gian ngâm lên tới 4h-5h thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc lại giảm đi. Điều này cho thấy nếu ngâm ở thời gian quá ngắn thì tác dụng của muối đến dung dịch chƣa nhiều, do vậy lƣợng tinh dầu thu đƣợc vẫn còn ít, nhƣng nếu kéo dài thời gian ngâm muối lên tới 4h-5h thì một số cấu tử tinh dầu (chứa các nối đôi kém bền) có thể bị phân hủy bởi ánh sáng ở nhiệt độ phòng thành các phân
tử dễ bay hơi và thất thoát ra môi trƣờng trong quá trình chƣng cất, từ đó làm giảm lƣợng tinh dầu chƣng cất.
Do đó, chúng tôi chọn thời gian ngâm muối là 3h để thực hiện bƣớc khảo sát tiếp theo.
3.5. Kết quả xác định thời gian chƣng cất thích hợp
Bảng 3.5. Sự phụ thuộc của thể tích tinh dầu thu đƣợc theo thời gian chƣng cất
Thời gian chƣng cất (phút) 15 30 45 60 75 90 105 120 Thể tích tinh dầu (ml) 1,10 1,25 1,35 1,40 1,42 1,44 1,45 1,45 1.45 1.45 1.44 1.42 1.40 1.35 1.25 1.10 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 15 30 45 60 75 90 105 120
Thời gian chưng cất (phút)
V ( m l) t inh dầ u
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian chƣng cất đến
lƣợng tinh dầu chƣng cất
Thời gian chƣng cất ảnh hƣởng đến thể tích tinh dầu thu hồi.
Thực vậy, bảng 3.5 và hình 3.4 cho thấy: Lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng nhanh trong 45 phút đầu tiên. Tuy nhiên, từ phút 60 trở đi lƣợng tinh dầu tăng không đáng kể và đạt giá trị cao nhất ở 105 phút. Sau đó, nếu tiếp tục chƣng cất thì lƣợng tinh dầu vẫn không thay đổi. Nhƣ vậy, thời gian chƣng cất thích hợp để đạt đƣợc lƣợng tinh dầu cao nhất là 105 phút.
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng tinh dầu chƣng cất đƣợc thể hiện trên bảng 3.6. và các hình 3.5, hình 3.6, hình 3.7, hình 3.8
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của lƣợng tinh dầu chƣng cất vào các yếu tố ảnh hƣởng theo phƣơng án TNYT 24
N0 X1 (v/w) X2(% w/v) X3(h) X4 (min) Y (ml) 1 4/1 20 5 90 1,22 2 2/1 5 5 90 1,31 3 4/1 5 1 90 1,28 4 2/1 20 1 90 1,30 5 4/1 5 5 30 1,09 6 2/1 20 5 30 1,07 7 4/1 20 1 30 1,05 8 2/1 5 1 30 1,15 9 4/1 5 5 90 1,27 10 2/1 20 5 90 1,29 11 4/1 20 1 90 1,25 12 2/1 5 1 90 1,34 13 4/1 20 5 30 1,00 14 2/1 5 5 30 1,12 15 4/1 5 1 30 1,10 16 2/1 20 1 30 1,10 17 3/1 12,5 3 60 1,35 18 3/1 12,5 3 60 1,35 19 3/1 12,5 3 60 1,34 20 4,414 12,5 3 60 1,25 21 1,586 12,5 3 60 1,29 22 3/1 23,105 3 60 1,09 23 3/1 1,895 3 60 1,15 24 3/1 12,5 5,828 60 1,25 25 3/1 12,5 0,172 60 1,31 26 3/1 12,5 3 102,42 1,45 27 3/1 12,5 3 17,58 1,19
Bằng phần mềm EXCEL 2003, sau khi loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa thống kê và kiểm tra tính tƣơng thích của phƣơng trình hồi quy với thực nghiệm, đã thu đƣợc phƣơng trình mô tả ảnh hƣởng của các thông số khảo sát đến lƣợng tinh dầu chƣng cất nhƣ sau:
Y = 0,665 + 0,146X1 + 0,044X2 + 0,025X3 + 0,003X4 - 0,027,X12 - 0,002X22 - 0,005X32
(R2 ≈ 0,9897)
Sử dụng phần mềm Maple 7.0 đã xác định đƣợc điều kiện chƣng cất tối ƣu: - Tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu: X1 = 2,72/1 (v/w)
- Nồng độ NaCl: X2 = 12,2% (w/v) - Thời gian ngâm NaCl: X3 = 2,31 (giờ) - Thời gian chƣng cất: X4 = 102,42 (phút) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thể tích tinh dầu tối ƣu tƣơng ứng là: Y ≈ 1,52 ml
Hình 3.5. Bề mặt đáp ứng mô tả sự phụ thuộc của lƣợng tinh dầu chƣng cất vào tỷ
lệ nƣớc/nguyên liệu (X1) và nồng độ muối NaCl (X2)
Hình 3.6. Bề mặt đáp ứng mô tả sự phụ thuộc của lƣợng tinh dầu chƣng cất vào thời gian ngâm muối NaCl (X3) và thời
gian chƣng cất (X4)
Hình 3.7. Bề mặt đáp ứng mô tả sự phụ thuộc của lƣợng tinh dầu chƣng cất vào
nồng độ muối NaCl (X2) và thời gian chƣng cất (X4)
Hình 3.8. Bề mặt đáp ứng mô tả sự phụ thuộc của lƣợng tinh dầu chƣng cất vào tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu (X1) và thời gian
3.7. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ vỏ bƣởi Na2SO4 khan
Hình 3.9. Sơ đồ quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ bƣởi
Xay
Ngâm
Chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc
Phân ly Ngƣng tụ
Tinh dầu thô Làm khan
Lắng, gạn
Tinh dầu Vỏ bƣởi
Tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu (v/w) : 2,72/1 Thời gian xay: 2min
Nồng độ NaCl (w/v): 12,2% Thời gian ngâm: 2,31h
Thời gian chƣng cất: 102,42min
Xử lý
Thuyết minh quy trình:
- Chuẩn bị nguyên liệu: Quả bƣởi Năm Roi sau khi thu mua đƣợc rửa sạch, gọt lấy phần vỏ xanh bên ngoài (chỉ lấy những phần vỏ còn tƣơi, màu sáng bóng, không có dấu hiệu hƣ hỏng và nấm mốc). Cắt nhỏ sơ bộ nguyên liệu.
- Xay: Cho nguyên liệu vào máy xay và thêm với nƣớc sao cho tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu là 2,72/1 (v/w). Xay nhỏ nguyên liệu trong 2 phút.
- Ngâm muối: Thêm NaCl vào nguyên liệu đã xay nhỏ sao cho nồng độ NaCl trong hỗn hợp vào khoảng 12,2% (w/v) rồi chuyển vào thùng chứa nguyên liệu của thiết bị chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc theo kiểu Clevenger (có hoàn lƣu nƣớc chƣng), đậy kín, để yên trong 2,31 giờ.
- Chưng cất: Tiến hành chƣng cất hỗn hợp nguyên liệu đã xử lý dƣới áp suất khí quyển (nhiệt độ dƣới 1000C) trong 102,42 phút để thu tinh dầu.
- Ngưng tụ: Hỗn hợp hơi nƣớc và tinh dầu thoát ra đƣợc đi vào ống sinh hàn của thiết bị chƣng cất và sau đó đƣợc chảy vào bộ phận ngƣng tụ.
- Phân ly: Để yên cho hỗn hợp thu đƣợc trong bộ phận ngƣng tụ tách hoàn toàn thành 2 pha. Cho lớp tinh dầu bên trên chảy qua ống xiphông vào bình hứng để